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半世“精馏”梦,百年爱国情

科普小知识2022-10-21 18:36:34
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2020年春,中国科学院院士、天津大学教授余国聪照常在电脑前修改稿件。桌子上有一本名为《化学工程中的计算质量转移》的书,上面有许多小纸片,上面写着对该书第三版的修订。这本书下面还有一封来自一家著名的外国科技出版公司的感谢信,感谢他提供了一部水平高、销量好的科学专著。

正当这位98岁的老人享受着春天温暖的阳光时,4月24日,当第五颗“中国航天日”和“东方红一号”卫星成功发射50周年纪念日到来时,*总书记给参与“东方红一号”任务的老科学家们回信的消息传遍了中国。*总书记在信中对广大航天工作者弘扬“两枚炸弹一颗星”精神,加快建设航天强国寄予厚望。

在人们的认知中,余国聪是精馏分离学科的创始人,现代工业精馏技术的先驱,化学分离工程科学的先驱。然而,如果我们把时间拨回到半个世纪前,我们会发现余国聪也为我们的核技术的开始做出了宝贵的贡献。他也是“两颗炸弹一颗星”精神的终生实践者。

“回来为你的国家做点什么。”

1922年,余国聪出生在广州西关。当日本侵略者入侵广州时,他和父母在香港避难,并被西南联合大学录取。饱受战争摧残的岁月和漂泊的生活促使他在心中播下了“科学救国、科学强国”的种子。

1943年,从西南联合大学毕业后,余国聪去了美国学习。1947年,余国聪博士成为匹兹堡大学化学工程系的讲师。仅仅一年后,他被任命为助理教授。此时,中国大洋彼岸的解放战争即将结束,余国聪的命运也将迎来一个巨大的转折点。

1949年10月1日,新中国迎来了开国大典。仅仅一年后,余国聪借口去香港探亲,毅然回到了祖国。“许多人问我,为什么在放弃了美国如此好的工作和生活条件后,我选择回家。事实上,我的想法很简单,那就是回去为我的国家做些事情。”余国聪在一份自我报告中回忆道。

回国后,余国聪被邀请到当时的唐山工业学院组建化学系。1952年,我国高校院系调整,合并为天津大学。半个多世纪后,余国聪再也没有离开过北洋花园。在这里,他找到了他毕生奋斗的研究方向。

余国聪的弟子、天津大学化学工程学院化学工程研究所所长袁西刚表示,中国炼油工业在20世纪50年代才刚刚起步,蒸馏(也称为精馏)技术是关键。余国聪敏锐地发现了该行业的巨大需求,并开始在化学精馏技术领域进行科学研究。

1954年,在他的指导下,中国第一个大型托盘实验装置正式建立。经过两年的探索,余国聪1956年的论文《精馏塔内液体流动阻力的研究》引起了当时化学工业部的重视,并应邀参加了化学工业部大型精馏塔标准化实验研究。此后不久,余国聪参与制定了中国第一个长期科学发展计划,即“十二年科技计划”。天津大学的化学“蒸馏”研究被列入12年科技计划,天津大学的化学工程专业也于1958年成立。

此时,另一个沉重的历史包袱落在余国聪的肩上。

为了“争口气”

天津大学化学工程专业成立的那一年,中国第一个外国资助的核反应堆投入运行。然而,由于国际关系的突然变化,重水的供应正面临中断。中国独立重水生产技术的发展成为当时的一大国家需求。

此时,天津大学余国聪开展的重水精馏分离技术研究进入了国家视野。

1959年5月28日,*总理来到天津大学,重点考察了余国聪所在的重水浓缩研究实验室。“当时,周总理握着我的手说,现在有人想‘掐死’我们的反应堆。我们必须为救援而战,不能停止这个反应堆。我一直记得这句话。”为了“争口气”,余国聪在做研究时甚至忘了吃饭睡觉。

重水是原子裂变反应堆不可或缺的重要材料。在天然水中,重水的含量约为1.5/10,000。如何将其提纯到99.9%并实现工业化生产?这是一个巨大的挑战。为此,余国聪带领团队在极其恶劣的条件下,日以继夜地解决关键问题,创造性地用多个精馏塔串联等多种创新方法取代了传统的精馏方法。*总理在参观实验室一年后,专门打电话给学校,询问重水技术的研究进展。余国聪坚定地回答:“你可以告诉总理,研究进展顺利。”

1965年,余国聪的诸多成就和突破最终形成了中国自主的重水生产工业技术。在原化学工业部的配合下,成功生产出合格的重水,为新中国核技术的启动提供了坚实的保障。重水分离技术的成功发展也标志着中国的精密精馏技术进入了一个新的阶段。

“我带着简单的爱国主义回来了,只是想贡献我的一些力量。在我回家的那一年,我有幸参加了在*广场举行的国庆游行,并看到了伟大的人民解放军。这个国家现在比过去强大多了。我很高兴为我的国家做了一些事情。我做了正确的选择。”余国聪很欣慰地提到了关于重水的过去。

从“技术”到“科学”

在美国的学习经历使余国聪对二战后美国和世界化学学科的发展趋势有了深刻的了解。“战后美国的化学工业发展相对较快,但中国人在基础研究和其他领域仍有机会。我们有信心迎头赶上。”余国聪先生曾经告诉我们。”袁喜刚回忆道。

20世纪80年代初,大庆油田原油稳定装置是我国第一批大型进口原油稳定装置,是乙烯生产实现年利润50亿元的主导装置。但是,由于该装置的设计没有考虑到我国原油的特殊性,装置投产后无法正常运行,整个过程也无法正常生产。几个月来,外国技术人员一直在解决这个问题。为此,余国聪受邀带领团队对该设备进行研究,并很快发现了问题。经过独立技术改造后,最终实现了整个装置的正常生产,甚至有些技术指标超过了原设计要求。

一些专家表示,利用自主技术成功改造工业设备,为中国人“操作”进口成套设备开创了先例,也为中国科技工作者在改革开放之初破除对进口技术的迷信树立了信心。

21世纪,以大型石化工业为代表的化学工业已成为我国国民经济的支柱产业。蒸馏作为一项涵盖所有石化行业的通用技术,在炼油、乙烯等大型化工过程中发挥着关键作用。

余国聪意识到新的技术条件和市场需求不断制约着现有的蒸馏技术。特别是精馏高度不可逆的热力学操作模式和对设计经验的依赖已经成为制约精馏技术进一步改进的瓶颈。

工业技术的革命性突破必须以基础理论和方法的突破为前提,基础理论和方法的突破必须打破原有理论框架的束缚,引进和结合其他学科的最新理论和技术研究成果他说。

为此,余国聪为精馏等化学过程开辟了一个新的领域——化学计算传质理论。这一新理论的明确目标和余国聪作为科学家的伟大目标是从根本上摆脱现有蒸馏过程工业设计对经验的依赖,逐步将化学过程设计从“技术”走向科学。

"站着讲课是我的职责。"

现在学校已经很长了,但如果有一天有课,袁西刚还是会在凌晨4点起床,一遍又一遍地复习课上的内容。尽管他教这门课已经很多年了,很多次了。“持续改进就像一个整改和净化的过程。这是我对“老师”地位的尊重。做老师的使命是余国聪先生留给每一个学生的宝贵财富。”袁喜刚说道。

在大学校园度过了大半辈子的余国聪经常说:“我是人民的老师,教书育人是我最大的职责。”

85岁时,余国聪还坚持给本科生开设“化学工程的发展与创新”的创新课程。一堂课持续大约3个小时。学生们担心李先生身体不适,就给他拿来一把椅子坐下来谈。但余国聪总是拒绝:“我是老师,站起来讲课是我的职责。”

听过余国聪课的人都说,“余先生把讲课当作一门艺术”。对于学生,余国聪有一份真挚的爱情。无论是国际前沿论坛、国内学术交流、学校各种科研活动,甚至是学生自发的科技活动,只要时间和物质条件允许,他都会接受邀请。

有人曾经问他为什么工作这么努力。余国聪回答说:“国内外高层论坛的任务是交流。我们应该引进外国的最新研究成果。科普更为重要,对大学生进行科普教育是培养创新人才的重要途径。只要我的身体条件允许,我可以多谈一谈,让更多的年轻人了解祖国的化学工业,为祖国培养更多优秀的化学人才。”